聚醚醚酮基复合材料的疲劳寿命表达式及累积疲劳损伤预测

通过对短碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的疲劳寿命试验数据的分析，给出了其疲劳寿命表达式，进而给出了适于两级不定载荷谱下累积疲劳损伤度及其概率分布区间的预测方法。     

现代纤维增强复合材料疲劳理论进展

纤维增强复合材料作为一种高性能先进结构材料，已经广泛地应用于工程实践当中。复合材料的疲劳问题一直是科学领域的一个热点。针对近年来基于S-N曲线和累积损伤概念的复合材料疲劳理论进行了比较论述，分析了各疲劳模型的特点和存在的问题，展望了复合材料疲劳理论研究发展趋向。     

T300/648复合材料迭层板接头挤压疲劳累积损伤问题的实验研究

本篇论文根据“剩余强度,剩余刚度”理论,讨论了碳纤维增强复合材料迭层板承载孔的挤压疲劳损伤,应用孔的永久变形描述损伤的产生和扩展,提出了“损伤函数”的定义和测定方法,并提出了新的“疲劳损伤点”的概念。实验还研究了温度对连接孔静挤压强度和疲劳寿命的影响。实验结果表明,温度的影响尤为重要。对损伤失效试件,采用“揭层方法”、“X射线”及“SEM方法”进行检测和损伤机理的研究。     

复合材料层板低速冲击后疲劳性能实验研究

通过对T300/5405复合材料层板进行低速冲击后的压-压疲劳实验,研究含不同冲击损伤层板的压缩性能与其在多级应力水平下的疲劳寿命与损伤扩展,并讨论冲击能量、应力水平、损伤扩展对层板疲劳寿命的影响。结果表明:冲击损伤明显降低层板的剩余强度;在低应水平下,冲击能量越大,含冲击损伤层板的疲劳寿命越小;疲劳实验中损伤经历平稳扩展和快速扩展两个阶段,其中平稳扩展阶段约占总体寿命的80%,快速扩展阶段约占总体寿命的20%,损伤扩展速率随着应力水平降低而减小。     

基于全场等效损伤测试的累积损伤模型

在固定的一组循环数下，对其中每一预定循环数进行不同应力水平的疲劳试验，并测出材料的韧性变化率，以此为损伤变量得到该组循环数下损伤量与交变应力水平关系的曲线族。该曲线族可以转换成相同损伤量下交变应力与循环数关系的等效损伤线族，通过对三种材料等效损伤线族测试和分析，给出损伤线族方程表达式，由此得到的累积损伤模型可以计算复杂加载下材料的剩余寿命，多级加载实验结果与测试值较好符合。     

复合材料单钉接头疲劳累积损伤破坏分析

基于时间增量原理 , 推导了层合板接头疲劳加载累积损伤应力2应变分析的虚功方程。同时 , 引入Hashin三维疲劳失效准则进行材料的损伤判定 , 并结合建立的疲劳加载材料退化模型、 4种基本损伤机制相互关联作用的材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据 , 建立了层合板接头疲劳载荷作用下三维累积损伤分析的寿命预测方法。最后 , 对层合板接头拉2拉疲劳载荷作用下的损伤累积扩展与失效规律进行了仿真分析 , 并与试验结果进行了对比 , 结果表明 : 本文中建立的寿命预测方法能够很好地预测层合板接头的寿命以及损伤发生、扩展及最终失效。      

层板复合材料的疲劳剩余寿命预报模型

应用可靠性分析的方法，导出了层板复合材料在疲劳载荷作用下的疲劳剩余寿命的预报模型。该模型已用典型层板复合材料在恒幅疲劳载荷作用下的实验数据进行了验证，实验结果表明，理论预测结果与实验值的接近程度是合理的。     

老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型研究

为了较真实反映沥青路面服务期的疲劳损伤特性,从粘弹性材料的基本特性出发,通过本构方程和耗散能的定义构造了耗散能的泛函,定义耗散能为损伤变量,建立基于Burgers模型的老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型,通过直接拉伸试验确定沥青混合料的粘弹性参数,求出损伤函数、损伤演化方程,提出一种考虑疲劳过程中老化程度对疲劳损伤影响的累积疲劳损伤计算理论与方法,为沥青混合料在不同老化程度下的疲劳寿命预估提供了依据。根据疲劳损伤模型推导出沥青混合料临界损伤度、疲劳寿命计算公式,并对其进行计算比较,精度满足要求,从而验证了粘弹性疲劳损伤模型的合理性。     

金属材料疲劳损伤的定量研究

通过对４５号钢材料在三种不同应力水平下纯弯疲劳试样的拉伸测试，研究了能量耗散随疲劳损伤的变化规律，发现能量耗散这一参量随损伤表现较为敏感。为此，本文提出一种新的损伤参量，且该参量能简单，有效地进行损伤完全分析，预计有工程应用价值。     

[±20°]钢丝/橡胶复合材料的疲劳损伤累积

对[±20°]钢丝帘线增强的橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳损伤累积进行了研究.结果表明:在载荷控制的疲劳过程中,材料的周期最大应变发展曲线呈现明显的三阶段规律.帘线端头处基体裂纹的出现是宏观疲劳损伤的初始,损伤的累积表现为裂纹数量增加、帘线/基体脱粘和层间裂纹的扩展.以动蠕变为参量建立了线性疲劳损伤累积模型,该模型能够较好地预报两级加载条件下材料的第二级疲劳寿命.     

一种复合材料层合板故障诊断的频响—广义模态能量法

复合材料故障诊断问题日益受到人们的重视。利用振动理论和实验技术进行故障诊断是一种很有吸引力和值得探索的方法。本文提出了一种复合材料层合板损伤的频响一能量诊断新方法,此方法选取对故障比较敏感,又能反映结构动力特性的频响函数作为诊断故障的参数,并引入阻尼耗散能计算本文定义的无损板在各阶模态下广义模态能量的分布,通过理论推导和计算得到了损伤前后频响函数在各阶共振峰处的变化,与无损板在给定模态下各单位的模态能量贡献之间的联系。从而得到一种分析小损伤位置和范围的新方法。此方法的一个重要结论是:在小损伤的前提下,对于同一单元或同一区域各阶广义模态能量贡献之间的比值,同假设这一单元或区域有损伤而得到的各阶频响函数在无损板峰值处的变化率之比基本相等。文中提供了能量贡献分布图等,可供分析之用。算例与实验的结果表明,本文提供的方法是有效,可行的。     

一种复合材料层合板故障诊断的频响—广义模态能量法

复合材料故障诊断问题日益受到人们的重视。利用振动理论和实验技术进行故障诊断是一种很有吸引力和值得探索的方法。本文提出了一种复合材料层合板损伤的频响一能量诊断新方法,此方法选取对故障比较敏感,又能反映结构动力特性的频响函数作为诊断故障的参数,并引入阻尼耗散能计算本文定义的无损板在各阶模态下广义模态能量的分布,通过理论推导和计算得到了损伤前后频响函数在各阶共振峰处的变化,与无损板在给定模态下各单位的模态能量贡献之间的联系。从而得到一种分析小损伤位置和范围的新方法。此方法的一个重要结论是:在小损伤的前提下,对于同一单元或同一区域各阶广义模态能量贡献之间的比值,同假设这一单元或区域有损伤而得到的各阶频响函数在无损板峰值处的变化率之比基本相等。文中提供了能量贡献分布图等,可供分析之用。算例与实验的结果表明,本文提供的方法是有效,可行的。      

基于有效累积滞回耗能的钢筋混凝土构件承载力退化模型

在模拟地震作用下建筑结构的非线性响应时,应正确考虑构件的累积损伤对结构性能的影响。钢筋混凝土构件在反复受力下的承载力退化是其累积损伤的重要体现。该文根据不同加载路径下钢筋混凝土柱的试验资料,通过考察不同加载路径对构件承载力退化的影响,指出累积滞回耗能引起的构件损伤程度,与产生该累积滞回耗能的位移幅值有关。基于这一结果,该文提出了有效累积滞回耗能的概念,以综合考虑累积滞回耗能和相应的位移幅值对承载力退化的影响。与试验结果的比较表明,有效累积滞回耗能与构件承载力退化程度之间有良好的相关性。分析结果表明,所建议的基于有效累积滞回耗能的承载力退化模型可较好地模拟不同往复加载路径下钢筋混凝土构件的滞回曲线。     

消能减震结构的损伤集中分布研究

消能减震结构是一种应用前景非常广泛的结构抗震体系。利用能量平衡的原理,采用质点系振动模型,通过对建筑结构模型进行地震响应和能量耗散的时程分析,讨论了在结构中设置薄弱层即消能层,控制结构在地震中的损伤集中分布在结构消能层的理论可行性,研究了所布置阻尼器及结构薄弱层的参数对损伤的集中程度的影响。结果表明设置消能层能够集中损伤,并可以减少消能层上部主体结构的截面尺寸,达到节省建筑材料提高经济效益目的。     

橡胶复合材料疲劳破坏特性

分别对[00 ]和[ ±200 ]橡胶复合材料在拉伸循环载荷下的疲劳损伤进行了实验研究。两类材料的周期最大应变随循环周次的变化遵循三阶段规律, 三个阶段对应着疲劳损伤从萌生、稳定扩展到加速扩展直至整体破坏的过程。单层和双层材料的疲劳破坏分别为帘线控制和基体控制。实验表明, 用加载最大应力表征的疲劳寿命与循环周次的对数近似成线性关系。疲劳过程中材料的滞后损失基本保持不变。滞后损失和导热系数的差异是造成不同种类试件表面温升差异的主要原因。     

基于应变能耗散率的结构损伤识别方法研究

将损伤变量的概念从材料领域拓展到结构中,并用其作为损伤因子来表征结构的损伤程度。通过表示结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率引起的单元模态应变能的变化,导出结构每一单元的损伤因子的表达式。考虑到所测的结构模态是不完备的,应用完备模态空间理论将未测的结构高阶模态用等效高阶模态来代替从而消除模态截断误差的影响。最后,通过对一悬臂六跨平面桁架结构的数值算例分析的结果说明,该方法简便、有效,可同时定位结构的损伤和识别损伤的程度。     

考虑结构损伤的消能减震结构能量设计方法

与基于承载力和基于位移方法相比,基于能量的抗震设计方法能够更为全面的评估结构抗震性能。该文从能量的角度提出了一种考虑主结构损伤耗能的简化抗震设计方法,将结构滞回耗能设计由阻尼器和主结构共同承担,并据此用等效阻尼比将损伤引入到主结构,通过延性系数建立了结构损伤指数与等效阻尼比之间的关系,给出了阻尼器耗能求解公式及设计流程。该方法无迭代过程,且能在设计之初实现主结构的损伤控制。算例表明,该方法简单、实用,为消能减震结构设计提供了一个新方法。     

含孔复合材料层合板逐渐损伤破坏分析

采用逐渐损伤模型有限元技术对含复合材料层板损伤破坏规律进行了研究，编制了面向对象的后处理软件，为损伤累积，损伤扩展与破坏以及损伤类型与模式的预测和研究提供了先进手段，并针对含孔T30／KH304复合材料层板进行了数值模拟和试验研究，研究表明，采用二维逐渐损伤模型及分析方法，以及所发展的后处理模拟分析软件能够较好地模拟含孔层合板的损伤破坏规律和位移－载荷的响应规律，以豚预测层合板的损伤类型，破坏模式和破坏强度，得到了一些有意义的结论。     

梁裂缝损伤检测的模态应变能法及试验研究

结构裂缝存在将使其局部刚度减少,而局部刚度下降与其固有频率变化紧密相关。应变能对局部损伤较固有频率更为敏感。把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种全新的无损裂缝识别方法。并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证。用简支梁模型进行模态试验,将梁损伤前、后的模态参数提取,并用该方法进行裂缝位置及裂缝深度参数的识别。结果表明,该损伤检测方法识别结果精度较高,将其用于裂缝损伤检测是可行的。     

耗能减震结构的复模态矩阵摄动法

针对耗能减震结构的分析和优化设计过程中要遇到非比例阻尼和参数改变的情况,如果要较精确地求解系统的广义特征值问题,需经过两重迭代计算,这种迭代振动分析是非常麻烦的。为了保证非比例阻尼结构分析的精度和结构参数改变时迭代分析的效率,推导适用于非经典阻尼情况的复模态矩阵摄动法,提高了结构重分析的效率,通过算例分析,表明了该方法在一定范围内具有较高的精度。